(57)【要約】【課題】  酸化性インベストメント鋳造中子の保護被覆が提供される。【解決手段】  基体（５０）は、本質的に純粋なアルミニウムの第一の層を基体（５０）の表面に施すことにより被覆される。第一の層の少なくとも第一の部分が酸化されて、所望の性質の保護被覆（５４）を提供する。基体（５０）は、耐熱金属基インベストメント鋳造中子（３８）とすることができる。被覆システムおよび第一の層（５２）の内部表面（６０）が、基体（５０）の外部表面の上に位置し、被覆システムおよび第二の層（５４）の外部表面（６２）が、ＲＭＣ（３８）の外部表面を提供する。移行部（６４）が、第一の層（５２）を第二の層（５４）から分離する。移行部（６４）は、かなり急なものとすることができる。被覆システム（５２、５４）は、厚み（Ｔ1）を有しており、第一の層（５２）は、厚み（Ｔ2）を有しており、第二の層（５４）は、厚み（Ｔ3）を有している。【選択図】  図２
2006181640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐熱金属基基体と、
この基体の直接上にあり、本質的にクロムのない被覆と、
を有するインベストメント鋳造中子であって、前記被覆は、
主に酸化アルミニウムから成る第一の層であって、２．０μｍを超える第一の厚みを有する、第一の層と、
必要に応じて、基体の上にあり、主に酸化されていないアルミニウムから成る基部層と、
必要に応じて、第一の層と基部層との間にある移行層と、
を有することを特徴とする中子。
【請求項２】
前記基体は、モリブデン基であることを特徴とする請求項１記載の中子。
【請求項３】
前記第一の層は、本質的に酸化アルミニウムから成り、前記第一の厚みは、公称の第一の厚みであることを特徴とする請求項１記載の中子。
【請求項４】
前記第一の厚みは、少なくとも４．０μｍであり、
前記基部層と前記移行層との組み合わされた厚みは、いずれかまたは両方が存在する場合、前記第一の厚み以下であることを特徴とする請求項１記載の中子。
【請求項５】
前記中子は、
セラミックの第二の中子、および、
炭化水素をベースにした材料、
と組み合わせた第一の中子であり、炭化水素をベースにした材料の内部には、第一の中子と第二の中子とが少なくとも部分的に埋め込まれていることを特徴とする請求項１記載の中子。
【請求項６】
複数の中子が、内部に少なくとも部分的に埋め込まれた天然または合成のワックス材料と組み合わせたことを特徴とする請求項１記載の複数の中子。
【請求項７】
耐熱金属基基体と、
この基体の直接上に配置された本質的にクロムのない被覆と、
を有するインベストメント鋳造中子であって、前記被覆は、
主に本質的に酸化された状態にある材料から成る第一の層であって、２．０μｍを超える第一の厚みを有する、第一の層と、
基体の上にあり、主に本質的に酸化されていない状態にある前記材料から成る基部層と、
必要に応じて、第一の層と基部層との間に配置される移行層と、
を有することを特徴とする中子。
【請求項８】
前記基体は、モリブデン基であることを特徴とする請求項７記載の中子。
【請求項９】
前記材料は、アルミニウム合金を含むことを特徴とする請求項７記載の中子。
【請求項１０】
前記アルミニウム合金は、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｉ、およびＺｒのうちの一つまたは組み合わせの０．２５％〜１．０重量％を含むことを特徴とする請求項９記載の中子。
【請求項１１】
前記アルミニウム合金は、０．２５％〜１．０重量％のＭｇを含むことを特徴とする請求項９記載の中子。
【請求項１２】
前記第一の層は、主にα相を含むことを特徴とする請求項７記載の中子。
【請求項１３】
前記材料は、アルミニウム−シリカ合金を含むことを特徴とする請求項７記載の中子。
【請求項１４】
前記第一の厚みは、少なくとも４．０μｍであり、
前記基部層は、２．０μｍを超える第二の厚みを有する、
ことを特徴とする請求項７記載の中子。
【請求項１５】
前記中子は、
セラミックの第二の中子、および、
炭化水素をベースにした材料、
と組み合わせた第一の中子であり、炭化水素をベースにした材料の内部には、第一の中子と第二の中子とが少なくとも部分的に埋め込まれていることを特徴とする請求項７記載の中子。
【請求項１６】
本質的に純粋なアルミニウム初期層を基体の表面に施し、
初期層の少なくとも第一の部分を酸化して、全アルミニウム含有量の１０％以下の酸化されていないアルミニウム含有量と、少なくとも２．０μｍの厚みとを有する第一の部分を残す、
ことを含むことを特徴とする、基体を鋳造する方法。
【請求項１７】
前記の施すことは、２５μｍ〜７５μｍの特徴的な厚みを有する初期層を形成することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記の施すことは、イオン蒸着、コールドスプレー、および電着のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
前記の施すことは、本質的にイオン蒸着から成ることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
前記の酸化することは、陽極酸化、硬質被覆、および微小アーク酸化のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２１】
前記基体は、耐熱金属基材料、アルミニウム合金、および非金属複合材料のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
前記基体は、本質的にモリブデン基材料から成ることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２３】
前記の酸化することは、前記の施された初期層の中のアルミニウムの大部分を酸化することを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
インベストメント鋳造中子を形成するのに使用されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項２５】
前記中子は、第一の中子であり、前記方法はさらに、
第一の中子を第二の中子と組み付け、
犠牲材料を第一の中子と第二の中子とに成形し、
シェルを犠牲材料に施し、
犠牲材料を本質的に除去し、
金属材料を犠牲材料の代わりに少なくとも部分的に鋳造し、
第一の中子、第二の中子、およびシェルを破壊的に除去する、
ことを含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記中子は、第一の中子であり、前記方法はさらに、
第二の中子を第一の中子の上に部分的に形成し、
犠牲材料を第一の中子と第二の中子とに成形し、
セラミックシェルを犠牲材料に施し、
犠牲材料を本質的に除去し、
金属材料を犠牲材料の代わりに少なくとも部分的に鋳造し、
第一の中子、第二の中子、およびシェルを破壊的に除去する、
ことを含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２７】
本質的にクロムのない表面を有する基体と、
この基体の表面の直接上にあり、本質的にクロムのない被覆と、
を有する物品であって、前記被覆は、
本質的に酸化アルミニウムから成る第一の層であって、２．０μｍを超える第一の厚みを有する、第一の層と、
必要に応じて、前記基体の表面の直接上にあり、本質的に酸化されていないアルミニウムから成る基部層と、
必要に応じて、第一の層と基部層との間にある移行層と、
を有することを特徴とする物品。
【請求項２８】
前記基体は、モリブデン基であることを特徴とする請求項２７記載の中子。
【請求項２９】
前記第一の層は、少なくとも３．４ｇ／ｃｃの密度と、主にα相微細構造とを有することを特徴とする請求項２７記載の中子。
【請求項３０】
前記第一の層は、３．６〜４．０ｇ／ｃｃの密度と、本質的にα相微細構造とを有することを特徴とする請求項２７記載の中子。
【請求項３１】
第一の材料の初期層を、この第一の材料とは異なる第二の材料の基体の表面に施し、
初期層の少なくとも第一の部分を酸化して、少なくとも５．０μｍの主に酸化されたサブレイヤ（ｓｕｂｌａｙｅｒ）と、少なくとも２．０μｍの第一の材料の本質的に損なわれていない（ｉｎｔａｃｔ）サブレイヤとを残す、
ことを含むことを特徴とする、インベストメント鋳造中子を形成する方法。
【請求項３２】
前記初期層は、主な重量部分において、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｉ、およびＺｒのうちの一つまたは複数を含むことを特徴とする請求項３１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属製被覆に関する。より詳細には本発明は、酸化性インベストメント鋳造中子の保護被覆に関する。
【背景技術】
【０００２】
インベストメント鋳造は、複雑な形状を有する金属製部材、特に中空部材を形成するために一般に使用されている技術であり、超合金ガスタービンエンジン部材の製作に使用されている。
【０００３】
ガスタービンエンジンは、航空機の推進、発電、および船舶の推進に広く使用されている。ガスタービンエンジン用途においては、効率が最重要の目的である。ガスタービンエンジン効率の改善は、より高温での作動により達成できるとはいえ、タービンセクションにおける現在の作動温度は、タービン部材内に使用される超合金材料の融点を超えている。その結果、空冷を行うのが一般的な方法になっている。冷却は、エンジンの圧縮機セクションから相対的に低温の空気を、冷却されるタービン部材内の通路を通して流すことによって行われる。このような冷却には、付随してエンジン効率に犠牲が伴う。その結果、向上した特定の冷却を行って所定量の冷却空気から得られる冷却の利益量を最大にするのが非常に望まれている。これは、細かな正確に配置された冷却通路セクションの使用によって得ることができる。
【０００４】
ブレードおよびベーンなどといった内部冷却されるタービンエンジン部品のインベストメント鋳造に関しては、よく発展した分野が存在する。典型的なプロセスにおいては、各キャビティが鋳造される部品におおよそ対応する形状を有する一つまたは複数の鋳型キャビティ（ｍｏｌｄ  ｃａｖｉｔｙ）を有する鋳型が作成される。鋳型を作成する典型的なプロセスには、部品の一つまたは複数のワックス型すなわちワックスパターン（ｗａｘ  ｐａｔｔｅｒｎ）の使用が含まれる。ワックスパターンは、部品内の冷却通路の容積部（ｐｏｓｉｔｉｖｅ）におおよそ対応するセラミック中子上にワックスを成形することによって形成される。シェル形成プロセスにおいては、よく知られた方法によって一つまたは複数のそのようなワックスパターンの周りにセラミックシェルが形成される。ワックスは、オートクレーブ内での融解などによって除去できる。シェルは、シェルを硬化させるように焼成できる。これにより、部品を画定する一つまたは複数の区画を有するシェルからなる鋳型が残されるが、この鋳型はまた、冷却通路を画定する一つまたは複数のセラミック中子を収容する。次に、一つまたは複数の部品を鋳造するように溶融合金を鋳型に導入できる。合金が冷却および凝固されると、シェルおよび中子は、一つまたは複数の成形された部品から機械的および／または化学的に除去できる。次に一つまたは複数の部品は、一つまたは複数の段階で機械加工および処理できる。
【特許文献１】米国特許第６，６３７，５００号明細書
【特許文献２】米国特許第５，３０２，４１４号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３６５，０２８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，１９７，１７８号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６１６，２２９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
セラミック中子自体は、セラミック粉末と結合剤物質の混合物を硬化鋼金型内に注入し、この混合物を成形することで形成できる。金型から取り除いた後、未焼結（ｇｒｅｅｎ）中子は、熱的に後処理して結合剤を取り除き、また焼成してセラミック粉末を互いに焼結させる。より細かな冷却形状部（ｆｅａｔｕｒｅ）へ向かう傾向は、中子製造技術に負担をかけてきた。細かな形状部は、製造が困難であり得るしかつ／あるいは一旦製造されると壊れやすいことが判明し得る。同一出願人の同時係属のシャー（Ｓｈａｈ）らの米国特許第６，６３７，５００号は、とりわけインベストメント鋳造における耐熱金属中子の一般的な使用を開示している。しかしながら、さまざまな耐熱金属は、例えば、シェルを焼成するのに使用される温度および溶融超合金の温度の付近の高温で酸化される傾向がある。従って、シェル焼成は、耐熱金属中子を実質的に劣化させ、それによって、満足されない可能性のある部品の内部形状部が生成されることがある。耐熱金属中子基体上への保護被覆の使用が、基体を高温での酸化から保護するのに必要となり得る。例示的な被覆は、最初にクロムの層を基体に施し、次いで酸化アルミニウムの層をこのクロム層に施す（例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）技術によって）。しかしながら、特定の環境／毒性への懸念が、クロムの使用に伴う。従って、このような被覆およびそれらを施す技術には、さらなる改良の余地が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、耐熱金属基基体と、この基体の直接上にあり、本質的にクロムのない（ｃｈｒｏｍｉｕｍ−ｆｒｅｅ）被覆とを有するインベストメント鋳造中子を含む。被覆は、主に酸化アルミニウムから成る第一の層を含む。第一の層は、２．０μｍを超える第一の厚みを有する。必要に応じて、基部層が、基体の上に配置されることができ、主に酸化されていないアルミニウムから成ることができる。必要に応じて、移行層が、第一の層と基部層との間に配置されることができる。
【０００７】
さまざまな実施において、基体は、モリブデン基とすることができる。第一の層は、本質的に酸化アルミニウムから成ることができ、第一の厚みは、公称（例えば、メジアン（ｍｅｄｉａｎ））の第一の厚みとすることができる。第一の厚みは、少なくとも４．０μｍとすることができる。基部層と移行層との組み合わされた厚みは、いずれかまたは両方が存在する場合、第一の厚み以下とすることができる。中子は、セラミックの第二の中子、および、炭化水素をベースにした材料、と組み合わせた第一の中子とすることができ、炭化水素をベースにした材料の内部には、第一の中子と第二の中子とが少なくとも部分的に埋め込まれている。
【０００８】
本発明の別の態様は、基体を被覆する方法を含む。本質的に純粋なアルミニウム初期層が、基体の表面に施される。初期層の少なくとも第一の部分が酸化されて、全アルミニウム含有量の１０％以下の酸化されていないアルミニウム含有量と、少なくとも２．０μｍの厚みとを有する第一の部分を残す。
【０００９】
さまざまな実施において、施すことは、約２５μｍ〜７５μｍの特徴的な厚みを有する初期層を形成できる。施すことは、イオン蒸着（ｉｏｎ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、コールドスプレー（ｃｏｌｄ  ｓｐｒａｙ）、および電着（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のうちの少なくとも一つを含むことができる。施すことは、本質的にイオン蒸着から成ることができる。酸化することは、陽極酸化（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）、硬質被覆（ｈａｒｄ  ｃｏａｔｉｎｇ）、および微小アーク酸化（ｍｉｃｒｏ−ａｒｃ  ｏｘｉｄａｔｉｏｎ）のうちの少なくとも一つを含むことができる。基体は、耐熱金属基材料、アルミニウム合金、および非金属複合材料（ｎｏｎ−ｍｅｔａｌｌｉｃ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）のうちの少なくとも一つを含むことができる。基体は、本質的にモリブデン基材料から成ることができる。酸化することは、施された初期層の中のアルミニウムの大部分を酸化し得る。方法は、インベストメント鋳造中子部材を形成するのに使用できる。
【００１０】
方法はさらに、中子を第二の中子と組み付けることを含むことができる。犠牲材料が、中子と第二の中子とに成形（ｍｏｌｄ）され得る。シェルが、犠牲材料に施され得る。犠牲材料は、本質的に除去され得る。金属材料が、犠牲材料の代わりに少なくとも部分的に鋳造され得る。中子、第二の中子、およびシェルは、破壊的に除去され得る。代替として、第二の中子は、中子の上に少なくとも部分的に形成され得る。
【００１１】
本発明の別の態様は、本質的にクロムのない表面を有する基体を有する物品を含む。本質的にクロムのない被覆が、表面の直接上に配置される。被覆は、本質的に酸化アルミニウムから成る第一の層を含む。第一の層は、約２．０μｍを超える第一の厚みを有する。必要に応じて、基部層が、表面の直接上に配置されることができ、本質的に、酸化されていないアルミニウムから成ることができる。必要に応じて、移行層が、第一の層と基部層との間に配置されることができる。
【００１２】
さまざまな実施において、基体は、モリブデン基とすることができる。第一の層は、少なくとも３．４ｇ／ｃｃの密度と、主にα相微細構造（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）とを有することができる。第一の層は、３．６〜４．０ｇ／ｃｃの密度と、本質的にα相微細構造とを有することができる。
【００１３】
本発明の一つまたは複数の実施態様の詳細は、添付図面と以下の説明とに述べられる。本発明の他の特徴部、目的、および利点は、説明および図面と、特許請求の範囲とから明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
さまざまな図面中の同様の参照番号および符号は、同様の部材を示す。
【００１５】
図１は、パターン２２とセラミックシェル２４とを含むシェル形成されたインベストメント鋳造パターン２０を示す。パターン２２は、中子アッセンブリ上に少なくとも部分的に成形された犠牲ワックス状材料２６（例えば、天然または合成ワックス、またはその他の炭化水素をベースにした材料）を含む。中子アッセンブリは、セラミック供給中子２８を含み、このセラミック供給中子２８は、鋳造される最終部品（例えば、ガスタービンのエンジンタービンブレードまたはベーン）内の一連の略平行の翼幅（ｓｐａｎ）方向に延在する供給通路を形成するための一連の略平行の脚状物（ｌｅｇ）３０、３２、および３４を有する。供給中子２８には、一連の耐熱金属中子（ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｒｅ）（ＲＭＣ）３６および３８が組み付けられる。ＲＭＣ３６および３８の一部分は、供給中子２８内の区画（ｃｏｍｐａｒｔｍｅｎｔ）４０および４２内に収容されることができ、セラミック接着剤４４を介してその中に取り付けられることができる。ＲＭＣ３６および３８の他の部分は、シェル２４内に埋め込まれることができ、それによって、ＲＭＣ３６および３８は、供給通路から部品の外部表面への出口通路を最終的に形成する。例示的なＲＭＣ３６は、エーロフォイルの圧力側表面および吸気側表面のためのフィルム冷却通路を提供し、例示的なＲＭＣ３８は、エーロフォイル後縁の冷却を提供する。多くの他の構成が、従来技術内でまたはやがては開発される技術内で可能である。
【００１６】
図２は、ＲＭＣのうちの一つ（例えば、３８）のさらなる詳細を示す。例示的なＲＭＣ３８は、耐熱金属または耐熱金属基合金、金属間材料またはその他の材料の基体５０を有する。例示的な耐熱金属は、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、およびＷである。これらは、ワイヤまたはシート素材（ｓｔｏｃｋ）として得ることができ、適切に切削および成形加工できる。被覆システムは、基体の上にあるアルミニウムの第一の層５２と、第一の層５２の上にある酸化アルミニウム（アルミナ）の第二の層５４とを含む。α相アルミナが、広い温度範囲に亘って有利な硬さおよび付着／保持を提供すると考えられる。それにもかかわらず、他の相（例えば、β相およびγ相の一方または両方を含むかまたは一方または両方から本質的に成る材料）も使用できる。例示的なアルミナの密度は、３．４〜４．０ｇ／ｃｃである。
【００１７】
例示的な基体５０は、例えば、間に厚みＴを有する一対の互いに反対向きの面５６および５８を含む表面を有するシート素材から形成される。複雑な冷却形状部（ｆｅａｔｕｒｅｓ）が、打ち抜き加工され、切削され、またはそれ以外の方法で基体５０に提供される。被覆システムおよび第一の層５２の内部表面６０が、基体５０の外部表面の上に位置し、被覆システムおよび第二の層５４の外部表面６２が、ＲＭＣ３８の外部表面を提供する。移行部６４が、第一の層５２を第二の層５４から分離する。移行部６４は、かなり急なものとすることができ、または、組成のメジアンまたは組成の漸次移行（ｇｒａｄａｔｉｏｎ）により特徴付けられる移行領域とすることができる。例示的な実施態様において、被覆システムは、厚みＴ1を有しており、第一の層５２は、厚みＴ2を有しており、第二の層５４は、厚みＴ3を有している。
【００１８】
図３は、製造および使用の例示的なプロセス２００（例示のために簡略化されている）を示す。一つまたは複数の基体が、例えば、シート素材からの打ち抜き加工を介し、その後、次の曲げ加工（ｂｅｎｄｉｎｇ）または、所望の形状部を鋳造するための相対的に回旋状（ｃｏｎｖｏｌｕｔｅｄ）形状を提供するその他の成形加工（ｆｏｒｍｉｎｇ）を介して形成２０２される。本質的に純粋なアルミニウム被覆が、基体の上に堆積２０４される。堆積プロセスは、物理的または化学的堆積プロセスとすることができる。例示的な物理的堆積プロセスは、イオン蒸着（ＩＶＤ）およびコールドスプレー堆積である。例示的なＩＶＤおよびコールドスプレー堆積技術は、米国軍用規格Ｍｉｌ−Ｃ−８３４８８（純粋なＡｌに対して）およびアルヒーモフ（Ａｌｋｈｉｍｏｖ）らの米国特許第５，３０２，４１４号にそれぞれ示されている。例示的な化学的プロセスとしては、電解めっきが挙げられる。堆積されたアルミニウム層は次いで、第二の層５４を形成しかつ第一の層５２を残すように、少なくとも部分的に酸化２０６される。例示的な酸化は、陽極酸化、硬質被覆（高電圧陽極酸化プロセスの一種）、および微小アーク酸化などの化学的プロセスを介するものである。例示的な微小アークプロセスは、米国特許第６，３６５，０２８号、第６，１９７，１７８号、および第５，６１６，２２９号に示される。
【００１９】
ＲＭＣは次いで、一つまたは複数の供給中子に組み付け２０８られ、この供給中子は、別々に（例えば、ケイ素基材料からの成形により）形成２１０され得るか、または、組み付けの一部として（例えば、供給中子を部分的にＲＭＣ上に成形することにより）形成され得る。組み付けは、中子アッセンブリをワックス状材料２６でオーバーモールド２１２するダイ（ｄｉｅ）の組み付けの中で生じることもできる。オーバーモールド２１２は、パターンを形成し、このパターンは次いで、シェル形成２１４される（例えば、シリカ基シェルを形成する複数段階のスタッコ塗り（ｓｔｕｃｃｏ）プロセスを介して）。ワックス状材料２６は、除去２１６される（例えば、水蒸気オートクレーブを介して）。任意の付加的な鋳型作成（例えば、ばり取り（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）、焼成、組み付け）の後に、鋳造プロセス２１８が、一つまたは複数の溶融金属を導入し、これらの金属を凝固させる。シェルは次いで、除去２２０される（例えば、機械的手段を介して）。中子アッセンブリは次いで、除去２２２される（例えば、化学的手段を介して）。鋳造したままの鋳造物は次いで、機械加工２２４され、さらなる処理２２６（例えば、機械処理、熱処理、化学処理、および被覆処理）を受けることができる。
【００２０】
被覆プロセスは、０．２５〜５ミル（６〜１３０μｍ）、より好ましくは１〜３ミル（２５〜７５μｍ）の範囲の厚みの最初のアルミニウムを提供することができる。この材料の一部は次いで、第二の層５４を形成するように酸化される。酸化の間、アルミニウムの一部は、失われることができる（例えば、陽極酸化浴中へ）。有利には、あったとしてもほとんどアルミニウムは、少なくとも焼成／鋳造するまで、基体中に拡散しない。従って、このような高温では、酸化されていないアルミニウムの一部または全てが、基体材料中に／と共に拡散し得る。酸化は有利には、適切な絶縁（ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ）を提供するように、５μｍ付近またはそれを超える厚みＴ3を有する第二の層を形成することができる。より一般的には、厚みは、２μｍを超えることができる（例えば、４μｍ〜５０μｍ、または２０〜４０μｍ）。有利には、第二の層５４中のアルミニウムの少なくとも９０％が酸化され得る。酸化は、酸化される堆積されたアルミニウムの厚みに対して１００％、第二の層の厚みを拡大する傾向がある。従って、拡散または損失が存在しなければ、２５μｍの堆積されたアルミニウム層は、その厚みに亘って酸化される場合、５０μｍ付近の厚みの酸化アルミニウム層を生成し得るであろう。２０％の損失と、実質的に半分の深さに亘る酸化とがある場合、残りの第一の層の厚みＴ2は、約１０μｍとなり、酸化アルミニウムの第二の層の厚みＴ3は、約２０μｍとなるであろう。上述した数値は単なる例示に過ぎない。
【００２１】
しかしながら有利には、少なくとも例示的なモリブデン基体とさまざまな陽極酸化プロセスとを用いる場合、第一の層の厚みは、少なくとも約２．０μｍである。これは、陽極酸化の影響から基体を隔離するのに適切と考えられる最小の厚みである。厚みＴ2が小さくなると、モリブデンは、溶解し始めることができ、被覆の付着を破壊し得る。厚みＴ2に対する本来的な上限は存在しない。しかしながら、過剰の厚みは、費用の問題を生じ、また、このような過剰の材料がアルミナに変換される状況とは異なり、絶縁の喪失を意味する。従って通常、アルミナの厚みＴ3は、少なくとも全体の被覆厚みＴ1の少なくとも半分である。
【００２２】
被覆技術は、より広い適用可能性を有し得る。例えば、基体は、高度に合金化されたアルミニウムとすることができ、その上に、より純粋なアルミニウム層が堆積され、その後、少なくとも部分的に酸化される。代替として、基体は、複合材料とすることができる。
【００２３】
さまざまなドーパント（ｄｏｐａｎｔ）または合金化元素が使用され得る。例えばＣａ、Ｍｇ、Ｓｉ、およびＺｒは、安定な酸化物システムＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2を形成する。これらの元素またはそれらの組み合わせは、酸化されるアルミニウムを有する合金中に堆積され得る（例えば、結晶粒成長および被覆の形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）を制御するように、また、ＣＴＥなどといった性質に影響を及ぼすように、重量で１％未満の例示的な少ない量で）。より多くの量のこれらの元素も（施されたままの被覆−酸化前、の大部分をさえ含めて）可能である。
【００２４】
本発明のシステムおよび方法は、クロム含有被覆に対して一つまたは複数の利点を有することができる。注目に値するのは、低減された毒性である。クロム含有被覆は一般に、六価クロム、特に毒性のあるイオン、の溶液を用いて施される。さらに、被覆された中子が最終的に溶解されるとき、クロムの一部が、この毒性のある原子価に戻ることになる。本発明の被覆のクロムは、重量で０．２％未満、好ましくは０．０１％未満、最も好ましくは検出されないものとすることができる。本発明のシステムおよび方法は、酸化アルミニウムを有する基体（例えばモリブデン）の単一ステップの被覆に対して一つまたは複数の利点を有することができる。酸化アルミニウム層は、より高い密度を有し得る。さまざまな単一ステップの酸化アルミニウム堆積技術と同じ照準（ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｇｈｔ）の問題を経験しないアルミニウム堆積技術を用いることによって、より大きな均一性を得ることができる。
【００２５】
本発明の一つまたは複数の実施態様を説明した。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずにさまざまな変形を行い得ることは理解されるであろう。例えば、被覆は、既存のまたは今なお開発されている構成の中子の製造において利用できる。任意のこれらの構成の詳細は、特定のセラミック中子およびシェルの材料や鋳造材料および条件がそうであるように、任意の特定の実施に影響を及ぼし得る。従って、他の実施例は、添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ガスタービンエンジンエーロフォイル部材を形成するためのシェル形成されたインベストメント鋳造パターンの断面図である。
【図２】図１のパターンの耐熱金属中子の断面図である。
【図３】図１のパターンを形成しかつ使用するプロセスの流れ図である。
【符号の説明】
【００２７】
２０…インベストメント鋳造パターン
３８…耐熱金属中子
５０…基体
５２…アルミニウムの第一の層
５４…酸化アルミニウムの第二の層
５６、５８…面
６０…内部表面
６２…外部表面
６４…移行部
Ｔ…厚み
Ｔ1…被覆システムの厚み
Ｔ2…第一の層５２の厚み
Ｔ3…第二の層５４の厚み
【図１】
2006181640.tif 000003
【図２】
2006181640.tif 000004
【図３】
2006181640.tif 000005